用于商用车的混合电机驱动动力转向系统及其方法 |
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| 申请号 | CN201210523983.8 | 申请日 | 2012-12-07 | 公开(公告)号 | CN103523076B | 公开(公告)日 | 2017-10-17 |
| 申请人 | 现代自动车株式会社; | 发明人 | 金钟民; 朴水辅; | ||||
| 摘要 | 用于商用车的混合 电机 驱动动 力 转向系统及其方法。其中商用车的混合电机驱动动力转向系统可以包括：MDPS单元，根据传动转向 扭矩 产生电机输出扭矩；EHPS单元，鉴于MDPS单元的电机输出扭矩产生液压输出扭矩； 滚珠 螺母 式 齿轮 箱，在被输入传动转向扭矩、电机输出扭矩、以及液压输出扭矩之后产生操作通往左轮和右轮的横拉杆的输出扭矩；两个扭力杆，通过在至少两个不同 位置 检测通过滚珠螺母式齿轮箱传输至 转向柱 的路面反作用力来限制接合部的相应区域处的扭矩 波动 率。因此，能够提供小型、中型和大型商用车所需的转向能力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，包括： |
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| 说明书全文 | 用于商用车的混合电机驱动动力转向系统及其方法[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域[0003] 本发明涉及用于商用车的转向系统，具体涉及用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，以及通过控制该系统来提高性能和燃油效率的方法。转向系统能够大大提高燃油效率以及能够通过构造滚珠螺母式齿轮箱和通过主转向控制设备控制的电机驱动动力转向(MDPS)单元和电动液压动力转向(EHPS)单元来满足小型、中型和大型商用车所需的约50KN到190KN的转向能力，以及能够通过为相应的MDPS单元和EHPS单元构造两个扭力杆来显著提高驾驶员的转向可操作性。 背景技术[0004] 转向设备由于使用液压作为转向辅助力，因此一般需要液压泵。液压泵通过发动机驱动，从而产生发动机驱动力的损耗。该发动机驱动力的损耗导致燃油效率下降。因此，如果通过转向设备降低发动机驱动力的损耗，那么可对应于所降低的损耗而提高燃油效率。 [0005] 作为燃油效率提高的示例，存在有一种液压转向设备，该设备虽然具有通过发动机驱动的液压泵，但是能够通过减小发动机怠速期间软管中的阻力或泵的流速来降低发动机驱动力的损耗。然而，由于通过发动机驱动的液压泵，因此利用液压转向设备对燃油效率提高的效果并不明显。为了克服这个问题，不应当通过发动机来驱动液压泵。 [0006] 作为不通过发动机来驱动液压泵的转向设备，可以是使用电动机的电机驱动动力转向(MDPS)设备或使用通过电机而不是发动机驱动力驱动的电动泵的电动液压动力转向(EHPS)设备。因此，MDPS或EHPS设备被用作绝对需要燃油效率提高的混合动力客运车辆的转向设备。 [0007] 除客运车辆外，还应当在商用车中实现燃油效率的提高。因此，如果MDPS或EHPS设备被用作不具有采用发动机驱动力的液压泵的商用车的转向设备，则可显著提高商用车的燃油效率。 [0008] 然而，MDPS或EHPS设备具有转向能力限制。即，MDPS或EHPS设备可能适合于需要约13KN的转向能力的客运车辆，但可能不适合于需要约50KN到190KN的转向能力的中型或大型商用车。为此，在仅将MDPS或EHPS设备应用于商用车以提高燃油效率的情况下，首先必须解决转向能力不足的问题。 [0009] MDPS或EHPS设备以及齿条和齿轮式齿轮箱可被用作适于提高商用车的转向能力的转向设备。但是将这些设备用于需要约50KN至190KN的转向能力的中型或大型商用车仍有困难。同时，当MDPS或EHPS设备被用作转向设备时，产生了驾驶员所感受到的扭转与转向柱的实际扭转不同的现象。因此，这种现象必须被解决。 [0010] 为了这个目的，一个扭力杆被应用于转向设备并被安装到齿轮箱的区域以反映传输至齿轮箱的路面反作用力，但是该反映可能是无效的。根本原因是由于MDPS或EHPS设备的布局。例如，在转向设备的布局中，安装有MDPS设备的转向柱的区域、安装有EHPS设备的转向柱的区域、以及连接转向柱的接合部(万向节)的区域中的每一个具有不同刚度，并且区域之间的刚度的差异在接合部(万向节)的区域处产生扭矩波动率。因此，驾驶员所感受到的扭转可能与转向柱的实际扭转不同。 [0011] 由于上述扭转的差异，MDPS和EHPS设备可被控制在精确反映路面反作用力的状态，从而导致转向设备的性能恶化。因此，为了将可有助于提高燃油效率的MDPS和EHPS设备应用于需要约50KN到190KN的高转向能力的商用车，有必要解决驾驶员所感受到的扭转与转向柱的实际扭转不同的现象。 [0012] 发明背景部分中公开的信息仅用于加强对本发明的一般背景的理解，而不应当被视为承认或以任何方式暗示该信息形成本领域普通技术人员已知的现有技术。 发明内容[0013] 本发明的一个方面涉及提供一种用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，以及通过控制该系统提高性能的方法，该系统能够通过构造滚珠螺母式齿轮箱以及通过主转向控制设备控制的电机驱动动力转向(MDPS)单元和电动液压动力转向(EHPS)单元来提供小型、中型和大型商用车所需的约50KN到190KN的高转向能力，从而能够大大提高性能和燃油效率。 [0014] 本发明的一个方面涉及提供一种用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，以及通过控制该系统提高燃油效率的方法，该系统能够将第一扭力杆安装至EHPS单元所接近的齿轮箱并将第二扭力杆安装至安装有MDPS单元的转向柱，从而通过合适的控制避免在连接具有不同刚度的MDPS安装部分和EHPS安装部分的转向柱的接合部(万向节)区域处产生扭矩波动率，特别是，通过其中路面反作用力被精确反映的转向控制大大提高了转向系统的性能。 [0015] 本发明的另一方面涉及一种通过控制用于商用车的混合电机驱动动力转向系统提高性能和燃油效率的方法，该方法还能够通过构造用作主转向控制系统的MDPS单元和EHPS单元和采用单独从构造附加安装的辅助的EHPS单元实现追赶性能以符合特别是大型商用车的需求。 [0016] 本发明的多个方面提供可一种用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，该系统可包括MDPS单元，被配置成产生对应于检测到的传动扭矩的一部分的电机输出扭矩，其中MDPS单元被安装至连接方向盘的转向柱；EHPS单元，被配置成产生液压输出扭矩以与MDPS单元的电机输出扭矩一起产生转向商用车辆所需的输出；滚珠螺母式齿轮箱，被配置成包括具有大液压面积的液压缸和利用由从EHPS单元所提供的液压产生活塞的实际输出扭矩的滚珠螺母；连杆，被配置成通过在滚珠螺母式齿轮箱处产生的输出扭矩操作以操作连接至左轮和右轮的横拉杆；两个扭力杆，被配置成分别安装在转向柱的至少两个不同位置以检测路面反作用力，路面反作用力被引入到滚珠螺母式齿轮箱并被传输至方向盘。 [0017] MDPS单元可包括通过控制器控制以产生电机输出扭矩的电机、降低电机的旋转力并增加电机的扭矩的减速器、以及通过传动扭矩检测方向盘的转向角信息并将检测到的转向角信息传输至控制器的扭矩传感器。 [0018] EHPS单元可包括通过控制器控制以产生液压输出扭矩的泵，以及储存油以提供从泵发送至液压缸的液压的储油器。 [0020] 两个扭力杆中的一个可被用作EHPS扭力杆，EHPS扭力杆被安装于安装EHPS单元的转向柱的一部分，而另一个可被用作MDPS扭力杆，MDPS扭力杆被安装于安装MDPS单元的转向柱的另一部分。 [0021] EHPS单元可连接至液压管以将液压提供给液压缸，液压管可被形成具有在液压缸前面的位置处分支的另一液压管，转换阀可安装在液压管和分支的液压管之间，以及辅助的EHPS单元可安装在分支的液压管处。 [0022] MDPS单元和EHPS单元可共同具有50KN到100KN的转向能力，以及可适合于小型和中型的商用车。 [0023] 本发明的多个方面提供一种用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，该系统可包括MDPS单元，被配置成产生对应于检测到的传动扭矩的一部分的电机输出扭矩，其中MDPS单元被安装至连接方向盘的转向柱；EHPS单元，被配置成产生液压输出扭矩以与MDPS单元的电机输出扭矩一起产生转向商用车辆所需的输出，其中EHPS单元连接至液压管以向液压缸提供液压；辅助的EHPS单元，被安装在分支的液压管处，其中分支的液压管从液压缸前面的位置处的液压管分离出来；转换阀，被安装在液压管和分支的液压管之间，以及当转换阀打开时辅助的EHPS单元通过分支的液压管向液压缸提供另一液压；滚珠螺母式齿轮箱，被配置成包括具有大液压面积的液压缸和利用由EHPS单元和辅助的EHPS单元所提供的液压产生活塞的实际输出扭矩的滚珠螺母；连杆，被配置成通过在滚珠螺母式齿轮箱处产生的输出扭矩操作以操作连接至左轮和右轮的横拉杆；两个扭力杆，被配置成分别安装在转向柱的至少两个不同位置以检测路面反作用力，路面反作用力被引入到滚珠螺母式齿轮箱并被传输至方向盘。 [0024] 当EHPS单元所提供的液压输出扭矩不足时，辅助的EHPS单元进行工作。 [0025] 当混合电机驱动动力转向系统满足关系“EHPS单元的泵的最大流速(flow rate)×0.9 [0026] MDPS单元、EHPS单元和辅助的EHPS单元可共同具有100KN到190KN的转向能力，以及可适合于转向大型车辆。 [0027] 本发明的多个方面提供了一种用于通过控制用于商用车的混合电机驱动动力转向系统来提高性能和燃油效率的方法。该方法可包括：提供包括转向角信号、转向扭矩信号、车辆速度或车辆的横向摆动率的信息；计算MDPS单元的电机输出扭矩值，电机输出扭矩值为传动扭矩的一部分；计算EHPS单元的液压输出扭矩值，液压输出扭矩值为传动扭矩的余下部分；根据车辆速度执行反向输入鲁棒控制方式，该方式在高速行驶时通过较费力地转动靠近车轮侧的EHPS单元确保反向输入的鲁棒性，以及通过较省力地转动靠近驾驶员侧的MDPS单元确保基本转向动力；根据车辆速度执行转向性能提高控制方式，该方式在低速行驶时通过较省力地转动EHPS单元提高车辆相对于转向操作的反应度；在执行反向输入鲁棒控制方式和转向性能提高控制方式之后产生MDPS单元的电机输出扭矩和EHPS单元的液压输出扭矩；以及提供电机输出扭矩和液压输出扭矩作为滚珠螺母式齿轮箱的输出扭矩，以使得电机输出扭矩和液压输出扭矩操作连接至横拉杆的连杆以操作左轮和右轮。 [0028] 当执行反向输入鲁棒控制方式时，MDPS单元可通过“[MDPS转向图×M(控制量)×[扭矩变化×车辆速度×横向摆动率变化]/(转向角变化)]+K(控制比分布量)”来实现，EHPS单元可通过“[MDPS转向图×M(控制量)×(转向角变化)/[扭矩变化×车辆速度×横向摆动率变化]]+L(控制比分布量)”来实现，以及K(控制比分布量)和L(控制比分布量)可分别与根据传动扭矩的MDPS单元的MDPS扭力杆的检测值成比例和与根据传动扭矩的EHPS单元的EHPS扭力杆的检测值成比例。 [0029] 当执行转向性能提高控制方式时，MDPS单元可通过“[MDPS转向图×N(控制量)×(车辆速度/转向角)]+K(控制比分布量)”来实现以在低速行驶期间较费力地转动方向盘，以及可通过“[MDPS性能提高图×N(控制量)×(车辆速度/转向角)]”来实现以增加用于在低速行驶期间提高性能的扭矩控制量，而EHPS单元可通过“[EHPS转向图×N(控制量)×(车辆速度/转向角)]+L(控制比分布量)”实现以在高速行驶期间较省力地转动方向盘。 [0030] 通过控制用于商用车的混合电子动力转向系统来提高性能和燃油效率的方法可进一步包括在执行燃油效率提高逻辑时，执行追赶性能提高逻辑以通过连续检查EHPS单元所提供的液压输出扭矩进一步由EHPS单元产生单独的液压输出扭矩，以及当EHPS单元所提供的液压输出扭矩不足时操作单独的辅助的EHPS单元。 [0031] 追赶性能提高逻辑可通过准备追赶性能提高逻辑来执行，其中当点火钥匙转到ON时通过发动机的转速确定发动机的点火为ON而不产生需要闪烁警示灯的错误或警告项目，并且在执行燃油效率提高逻辑之后，连续检查EHPS单元的泵能力；以及可通过执行追赶性能提高逻辑来执行，其中在确定EHPS单元的泵能力不足时，通过传动扭矩所检测到的当前转向角速度值大于设定的转向角速度绝对值，并且当前转向角速度值为大，辅助的EHPS单元是工作的。 [0032] 在执行追赶性能提高逻辑中，通过“EHPS单元的泵的最大流速×0.9 [0033] 本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些其它特征和优点将从结合于此的附图和以下具体实施方式中显而易见，或在附图和具体实施方式中详细陈述，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。 附图说明[0034] 图1是示出了根据本发明的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的结构的示意图。 [0035] 图2是示出了应用于根据本发明的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的性能和燃油效率提高逻辑的框图。 [0036] 图3是示出了通过性能和燃油效率提高逻辑来控制根据本发明的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的操作状态的示意图。 [0037] 图4是示出了根据本发明的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的扭力杆结构的示意图。 [0039] 图6是示出了根据本发明的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的追赶性能提高逻辑的流程图。 [0040] 图7是示出了根据本发明的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的追赶性能的实现的示意图。 具体实施方式[0041] 现在将详细参考本发明的各个实施例，其示例在附图中示出并在下文中描述。虽然本发明将结合示例性实施例来描述，但将可理解，本说明书不旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明意图不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可包含在如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的各种替代方案、修改、等效物以及其它实施例。 [0042] 附图不一定按比例示出，并且在某些情况下比例可能被夸大以清楚地示出实施例的特征。当第一层被称为是“在第二层上”或“在底层上”，它不仅指的是第一层直接在第二层或底层上形成的情况，而且还指的是第三层存在于第一层和第二层或底层之间的情况。 [0043] 图1示出了根据本发明的各个实施例的用于商用车的示例性混合电机驱动动力方向系统的结构。如图1所示，在多个实施例中，用于商用车的混合电机驱动动力转向系统包括转向柱2，其与方向盘1连接并且具有通过接合部3连接的区域；滚珠螺母式齿轮箱4，其与连杆7连接以操作通往或与左轮9a和右轮9b连接的横拉杆8；电机驱动动力转向(MDPS)单元10，通过电机产生转向力；电动液压动力转向(EHPS)单元20，通过电动泵产生转向力；以及一对扭力杆31和32，分别安装在转向柱2的不同位置处以提供用于抵消或补偿在接合部3的区域处产生的扭矩波动率的信息。接合部3通常由万向节构成。 [0044] 滚珠螺母式齿轮箱4包括设置有具有大液压面积并且通过EHPS单元20产生液压输出扭矩的活塞的液压缸5，和除从MDPS单元10输入的电机输出扭矩之外还输入有从液压缸5传输的液压输出扭矩的滚珠螺母6。 [0045] 总体而言，利用液压缸5的杆将液压输出扭矩输入至滚珠螺母6，液压缸5设置有具有大液压面积的活塞，并且通过转向柱2处所设置的齿轮将电机输出扭矩输入至滚珠螺母6。 [0046] 在滚珠螺母6中，在通过杆输入扭矩的过程中液压缸5的杆从直线运动变为旋转运动，而在通过齿轮输入扭矩的过程中齿轮保持为旋转运动而不改变。因此，来自滚珠螺母式齿轮箱4的输出扭矩为滚珠螺母6的旋转力，并且该滚珠螺母式齿轮箱4通常被称为滚珠螺母式齿轮箱。 [0047] 连杆7包括将滚珠螺母式齿轮箱4的输出扭矩改变为角运动的转向摇臂7a、连接至转向摇臂7a并被拉动或推动的转向连杆7b、以及将转向连杆7b的运动传输到左轮9a和右轮9b中的右轮9b的主轴臂7c。 [0048] 一般而言，转向摇臂7a连接至齿轮箱4中的滚珠螺母6的轴，从而将滚珠螺母6的旋转改变或转变至角运动。转向摇臂7a根据滚珠螺母6的轴的旋转方向在顺时针或逆时针方向有角度地移动，以使得车辆可向左转或右转。左轮9a通过横拉杆8跟随右轮9b的转向角。上述连杆7为应用于典型商用车的转向系统的结构元件。 [0049] MDPS单元10包括通过控制识别驾驶员的转向意图的控制器11来驱动的电机12、降低电机12的旋转力并增加电机12的扭矩以将经降低的旋转力和经增加的扭矩传输至转向柱2的减速器13，以及检测方向盘1的转向角以将检测到的转向角传输至控制器11的扭矩传感器14。控制器11可以是仅控制MDPS单元10的专用控制器，或是应用了电子控制单元(ECU)的控制器。电机12为电动机类型。 [0050] 减速器13进一步包括连接至电机12的蜗杆轴和连接至转向柱2的蜗轮。 [0051] 通过设置在转向柱2处的齿轮的旋转将通过MDPS单元10产生的电机输出扭矩输入至滚珠螺母6，并且滚珠螺母6按照与齿轮相同的旋转方向旋转以使得在齿轮箱4处产生输出扭矩。 [0052] EHPS单元20包括通过控制识别驾驶员的转向意图的控制器来驱动的泵22，以及用以储存通过泵22的泵送所提供给齿轮箱4的液压缸5的油的储油器23。 [0053] 控制器可以是仅控制EHPS单元20的专用控制器，但是在本示例性实施例中该控制器与MDPS单元10的控制器11相同。泵22是电动泵类型。 [0054] 通过设置有活塞的具有大液压面积的液压缸5的杆以直线运动的形式将通过EHPS单元20产生的液压输出扭矩输入至滚珠螺母6，并且滚珠螺母6将杆的直线运动变为旋转运动以使得在滚珠螺母齿轮箱4处产生输出扭矩。 [0055] 在滚珠螺母6中，杆的直线运动的方向与齿轮的旋转方向相符。因此，滚珠螺母齿轮箱4的输出扭矩变为MDPS单元10的电机输出扭矩加上EHPS单元20的液压输出扭矩的扭矩。 [0056] 因此，本发明示例性实施例的转向系统具有MDPS单元10的电机输出扭矩的转向能力加上EHPS单元20的液压输出扭矩的转向能力的增强的转向能力。从而，转向系统可满足商用车所需的约50KN到190KN的转向能力。 [0057] 同时，一对扭力杆被安装在转向柱2处。一个用作EHPS扭力杆31并安装在安装MDPS单元10的转向柱2处或安装在安装有EHPS单元20的转向柱2的一部分处，而另一个用作MDPS扭力杆32并安装在安装MDPS单元10的转向柱2处或安装在安装有MDPS单元10的转向柱2的其它部分。一般而言，安装MDPS单元10的转向柱2通过接合部3连接至安装EHPS单元20的转向柱2。 [0058] 通过构造如上所述的EHPS扭力杆31和MDPS扭力杆32，可避免由于刚度的差异在安装MDPS单元10的转向柱2和安装EHPS单元20的转向柱2通过接合部3互相连接的相应的区域处产生的扭矩波动。 [0059] 图2是示出了应用于根据本发明的各个实施例的用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的性能和燃油效率提高逻辑的框图。如图2所示，在多个实施例中，性能和燃油效率提高逻辑包括信息提供框300，检测根据用于商用车的混合电机驱动动力转向系统的操作的信息和根据车辆的行驶的信息；混合确定框301，利用从信息提供框300输入的多种信息计算所需的转向力，然后计算MDPS单元10的电机输出扭矩和EHPS单元20的液压输出扭矩的各自的请求控制值；MDPS控制框302，利用从混合确定框301输入的请求控制值中的一个计算MDPS单元10的新的电机输出值；以及EHPS控制框303，利用从混合确定框301输入的请求控制值中的另一个计算EHPS单元20的新的泵输出值。 [0060] 信息提供框300包括转向角信号和转向扭矩信号以及车辆速度和车辆的横向摆动率。混合确定框301的请求控制值被分类为MDPS单元10处所提供的请求电机扭矩输出值301a和EHPS单元20处提供的请求电机rpm(每分钟转数)输出值301b。 [0061] MDPS控制框302包括提供有计算MDPS单元10的新的电机输出值的逻辑的MDPS控制逻辑部分302a，以及将新的电机输出值输出至MDPS单元10的电机12并控制电机12的MDPS驱动部分302b。 [0062] EHPS控制框303包括提供有计算EHPS单元20的新的泵输出值的逻辑的EHPS控制逻辑部分303a，以及将新的泵输出值输出至EHPS单元20的泵22并控制泵22的EHPS驱动部分303b。 [0063] 在本发明的示例性实施例中，通过混合确定框301和MDPS控制框302实现的逻辑处理由信息提供框300提供的车辆速度和车辆的横向摆动率、转向角信号、以及转向扭矩信号，从而产生控制电机12的MDPS单元10的控制逻辑，以使电机12的输出扭矩改变。 [0064] 此外，通过混合确定框301和EHPS控制框303实现的逻辑处理由信息提供框300提供的车辆速度和车辆的横向摆动率、转向角信号、以及转向扭矩信号，从而产生控制泵22的EHPS单元20的控制逻辑，以使泵22的输出扭矩改变。 [0065] 然而，与MDPS单元10的控制逻辑和EHPS单元20的控制逻辑相比，其他逻辑的不同在于进一步包括其中将通过处理车辆速度和车辆的横向摆动率、转向角信号、以及转向扭矩信号而计算的请求控制值分类到MDPS单元10和EHPS单元20的逻辑。因此，在MDPS单元10和EHPS单元20处提供分别作为请求电机扭矩和请求电机rpm的请求控制值。 [0066] 通过混合确定框301、MDPS控制框302、以及EHPS控制框303实现的逻辑被定义为性能和燃油效率提高逻辑。 [0067] 因此，在执行性能和燃油效率提高逻辑时，首先根据包括车辆速度和车辆的横向摆动率、转向角信号、以及转向扭矩信号的信息计算由MDPS单元10负责的电机输出扭矩值和由EHPS单元20负责的液压输出扭矩值。 [0068] 在这种情况下，由MDPS单元10负责的电机输出扭矩值和由EHPS单元20负责的液压输出扭矩值的总和等于驾驶员所需的传动扭矩。 [0069] 然后，基于车辆的行驶速度，根据高速行驶执行反向输入鲁棒控制方式，或根据低速行驶执行转向性能提高控制方式。 [0070] 反向输入鲁棒控制方式(reversal input robust control manner)通过较费力地转动靠近轮9a和9b的EHPS单元20确保反向输入的鲁棒性(robust)，而通过较省力地转动靠近驾驶员的MDPS单元10确保基本转向动力。 [0071] 一般而言，确定反向输入所需的信号为车轮速度、转向扭矩、转向角、以及横向摆动率。反向输入随着车辆速度的绝对值的增加而增加以及随着转向扭矩的短期周期性变化值的增加而增加。因此，有必要在转向角的短期值变化较大时根据驾驶员的转向条件降低控制量，以及在横向摆动率的短期值变化较大时增加反向输入。 [0072] 因此，执行反向输入鲁棒控制方式，在MDPS单元10处的逻辑可被实现为“[MDPS转向图(turning map)×M(控制量)×[扭矩变化×车辆速度×横向摆动率变化]/(转向角变化)]+K(控制比分布量)”。因此，增益可被设置成与转向扭矩变化值和横向摆动率变化值成正比以及与转向角变化成反比，因此，在高速行驶期间较省力地控制方向盘1的操作。 [0073] 另一方面，在EHPS单元20处的逻辑可被实现为“[MDPS转向图(turning map)×M(控制量)×(转向角变化)/[扭矩变化×车辆速度×横向摆动率变化]]+L(控制比分布量)”。因此，增益可被设置成与转向扭矩变化值和横向摆动率变化值成反比以及与转向角变化成正比，因此，在高速行驶期间较费力地控制方向盘1的操作。 [0074] 在这种情况下，“K(控制比分布量)/L(控制比分布量)”构成为与根据MDPS扭力杆32的扭转和EHPS扭力杆31的扭转的转向力成比例。这通过以下关系式来定义。 [0075] K(控制比分布量)或L(控制比分布量)＝(MDPS+EHPS转向图–(“1”+“2”))(MDPS转向图或EHPS转向图/(MDPS转向图+EHPS转向图))。 [0076] 其中，“1”＝[MDPS转向图×M(控制量)×[扭矩变化×车辆速度×横向摆动率变化]/(转向角变化)]，“2”＝[MDPS转向图×M(控制量)×(转向角变化)/[扭矩变化×车辆速度×横向摆动率变化]]，MDPS转向图和EHPS转向图分别表示通常应用于MDPS控制逻辑和EHPS控制逻辑的图。 [0077] 转向性能提高控制方式通过较省力地转动EHPS单元20来提高车辆相对于转向操作的反应度。 [0078] 一般而言，提高转向性能所需的信号为车辆速度和转向角。当车辆速度的绝对值减小时，用于提高转向性能的控制量增加，而当车辆速度的绝对值增加时，用于提高转向性能的控制量减少。而且，当转向角的绝对值增加时，用于提高转向性能的控制量增加，而当转向角的绝对值减少时，用于提高转向性能的控制量减少。 [0079] 因此，执行转向性能提高控制方式，在MDPS单元10处的逻辑可被实现为“[MDPS转向图×N(控制量)×(车辆速度/转向角)]+K(控制比分布量)。”因此，增益可被设置成与车辆速度值成正比以及与转向角成反比，从而在低速行驶期间较费力地控制方向盘1的操作。 [0080] 此外，在MDPS单元10处的逻辑可被实现为“[MDPS性能提高图×N(控制量)×(车辆速度/转向角)]”。因此，增益可被设置成与车辆速度值成正比并且与转向角成反比，从而控制扭矩控制量以使其增加，以增强低速行驶期间的MDPS性能。这里，MDPS转向图和MDPS性能提高图表示通常应用于MDPS控制逻辑的图。 [0081] 另一方面，在EHPS单元20处的逻辑可被实现为“[EHPS转向图×N(控制量)×(车辆速度/转向角)]+L(控制比分布量)”。因此，增益可被设置成与车辆速度值成正比以及与转向角成反比，从而在高速行驶期间较省力地控制方向盘1的操作。这里，EHPS转向图表示通常应用于EHPS控制逻辑的图。 [0082] 同时，图3是示出了通过性能和燃油效率提高逻辑来控制用于商用车的混合电机驱动动力转向系统的操作状态的示意图。 [0083] 如图3所示，扭矩传感器14检测在MDPS扭力杆32处通过传动扭矩Td产生的用以转向方向盘1的扭力杆扭转，并将根据MDPS扭力杆32的刚度Km的扭力杆扭转θm传输至控制器11。控制器11利用扭力杆扭转信息θm和Km计算传动扭矩Td。 [0084] 然后，控制器11利用转向图计算适合于计算出的传动扭矩Td的电流，并然后将计算出的合适的电流输出至电机12。在此，传动扭矩Td被计算为“Td＝θm×Km”，以及转向图为执行用于控制转向系统的典型逻辑的结构元素。该过程在混合确定框301和MDPS控制框302中执行，并且传输至电机12的输出值表示请求电机扭矩输出值301a。 [0085] 然后，当驱动电机12时，通过减速器13所产生的电机12的旋转力作为电机输出扭矩Tm。电机输出扭矩Tm被传输至接合部3，接合部3连接至安装MDPS单元10的转向柱2，因此电机输出扭矩Tm和传动扭矩Td被一起传输至接合部3。电机输出扭矩Tm和传动扭矩Td通过接合部3被传输至安装EHPS单元20的转向柱2，以便EHPS扭力杆31产生根据EHPS扭力杆31的刚度Kh的扭转θh并同时将液压提供至滚珠螺母齿轮箱4。 [0086] 通过控制器11控制提供至滚珠螺母齿轮箱4的液压，控制器11接收EHPS扭力杆31的扭力杆扭转信息θh和Kh。即，控制器11利用转向图计算适合于电机输出扭矩Tm和传动扭矩Td的泵22的rpm，并然后将输出信号传输至泵22。因此，合适的液压被提供至滚珠螺母齿轮箱4。该过程在混合确定框301和EHPS控制框303中执行，并且传输至泵22的输出值表示请求电机rpm输出值301b。 [0087] 然后，当液压通过泵22的驱动传输至液压缸5时，液压缸5通过由泵22传输的液压的致动被打开和关闭以允许通过移动力(压力(P)×面积(A))移动活塞杆。 [0088] 因此，滚珠螺母齿轮箱4被一并提供有传动扭矩、在MDPS单元10处产生的电机输出扭矩Tm、以及在EHPS单元20处产生的活塞杆的移动力(压力(P)×面积(A))。因此，在滚珠螺母齿轮箱4中，MDPS单元10的电机输出扭矩Tm和EHPS单元20的液压输出扭矩加到一起，从而产生滚珠螺母6的输出扭矩Tp。在本发明的示例性实施例中，输出扭矩Tp具有关系“Tp＝(P×A+((Td+Tm)/滚珠丝杆螺距(ball screw lead)))×扇形轴PCD)”。 [0089] 然后，由于输出扭矩Tp，连接至滚珠螺母6的转向摇臂7a有角度地移动，使得连接至转向摇臂7a的转向连杆7b移动并且通过转向连杆7b的移动产生连杆转向力Fd。连接转向力Fd由“Fd＝Tp/转向摇臂长度”。 [0090] 然后，通过连接转向力Fd移动主轴臂7c，并且主轴臂7c的移动被传输至横拉杆8以操作左轮9a和右轮9b。因此，左轮9a和右轮9b根据传动扭矩Td转向。 [0091] 在此转向控制期间，根据本发明的示例性实施例的用于商用车的转向系统感测路面反作用力。因此，可避免由于安装MDPS单元10的转向柱2和安装EHPS单元20的转向柱2之间的刚度的差异在其中安装MDPS单元10的转向柱2和安装EHPS单元20的转向柱2通过接合部3互相连接的相应的区域处产生扭矩波动率。这是因为EHPS扭力杆31和MDPS扭力杆32的结构。 [0092] 图4是示出了避免通过EHPS扭力杆31和MDPS扭力杆32产生接合部3的扭矩波动率的动作的示意图。如图4所示，通过滚珠螺母齿轮箱4接收路面反作用力F时，路面反作用力F被传输至安装EHPS单元20的转向柱2并然后通过EHPS扭力杆31被检测作为EHPS路面反作用力Fa。 [0093] 然后，EHPS路面反作用力Fa被传输至EHPS单元20，并且EHPS单元20基于EHPS路面反作用力Fa在被引入至液压缸5的液压中产生的变化，以使得在EHPS单元20处产生的液压输出扭矩变化。 [0094] 被引入至液压缸5的液压的变化形成液压阀的打开和关闭角度，液压阀被安装在连接液压缸5和泵22的操作通道中。通过控制器11控制液压阀的打开和关闭角度，控制器11接收EHPS路面反作用力Fa的信息。因此，可基于路面反作用力F改变EHPS单元20的液压输出扭矩。 [0095] 另一方面，MDPS扭力杆32检测相对于路面反作用力F的MDPS路面反作用力Fb，路面反作用力F被传输至安装MDPS单元10的转向柱2，并且MDPS路面反作用力Fb填补了EHPS扭力杆31中的不足部分，EHPS扭力杆31感测传输至滚珠螺母齿轮箱4的路面反作用力F。这样，本发明的示例性实施例的转向系统可精确地感测传输至滚珠螺母齿轮箱4的路面反作用力Fb。 [0096] 然后，MDPS路面反作用力Fb被传输至MDPS单元10，以及控制器11基于MDPS路面反作用力Fb有区别地控制电机12，从而改变在MDPS单元10处所产生的电机输出扭矩。因此，可根据路面反作用力F改变MDPS单元10的电机输出扭矩。 [0097] 因此，可避免由于路面反作用力F在其中安装MDPS单元10的转向柱2和安装EHPS单元20的转向柱2通过接合部3互相连接的相应的区域处产生通过图4中的Tu/j所示的扭矩的差异。因此，可避免由于安装MDPS单元10的转向柱2和安装EHPS单元20的转向柱2之间的刚度差异在相应区域处产生扭矩波动率，因为安装MDPS单元10的转向柱2和安装EHPS单元20的转向柱2通过接合部3互相连接。因此，本发明的示例性实施例的转向系统可大大提高转向控制性能，因为驾驶员通过方向盘1所感受到的扭转和转向柱2所产生的实际扭转之间没有差异。 [0098] 同时，图5示出了提高用于商用车的混合电机驱动动力转向系统的追赶性能的修改示例。如图5所示，追赶型(catch-up)的转向系统包括转向柱2，与方向盘1连接并且具有通过接合部3连接的区域；滚珠螺母式齿轮箱4，与连杆7连接以操作通往左轮和右轮9a和9b的横拉杆8；MDPS单元10，通过电动机产生转向力；EHPS单元20，通过电动泵产生转向力；以及一对扭力杆，分别安装在转向柱2的不同位置处以提供用于抵消在接合部3的区域处所产生扭矩波动率的信息。并且，追赶型的转向系统包括与图1所示的那些上述转向系统类似或大体上相同的多个主要组件。 [0099] 此外，追赶型的转向系统进一步包括辅助的EHPS单元100，以及当EHPS单元20的能力不足时，可通过同时驱动辅助的EHPS单元100来大大提高追赶性能。 [0100] 为此，追赶型的转向系统进一步包括安装在液压电路处的转换阀200，液压电路连接EHPS单元20、辅助的EHPS单元100、以及液压缸5。通过控制器的控制将转换阀200控制在转换阀200的一个位置，从而选择性地将辅助的EHPS单元100的液压管与EHPS单元20的液压管连接。 [0101] 如果仅EHPS单元20工作，转换阀200阻塞辅助的EHPS单元100的液压管，而仅打开EHPS单元20的液压管。因此，液压缸5可仅被供应由EHPS单元20所提供的液压。控制器可以为ECU，以及可与本发明的示例性实施例中的MDPS单元10的控制器11相同。 [0102] 因此，在本发明的示例性实施例的用于商用车的混合电机驱动动力转向系统中，可通过简单的设计更改进一步安装的类似于EHPS单元20的辅助的EHPS单元100来配置追赶型的转向系统。此外，可利用追赶型的转向系统增加转向能力，以及追赶型的转向系统可容易地用于甚至需要约190KN的转向能力的大型商用车。 [0103] 图6示出了用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统的追赶性能提高逻辑。在步骤S10，如果点火钥匙转到ON(IGN＝ON)，则执行对检查项目的基本检查。 [0104] 接着，如果在步骤S20确定检查项目中的任何一个需要错误或警告，则进入步骤S30并且警示灯闪烁。另一方面，如果在步骤S20的所有检查项目都正常，则进入步骤S40并且检查以确定发动机的点火是否为ON(接通)。此时，重复检查发动机的点火以确定它是否为ON，并且这通过发动机的rpm来确定。 [0105] 下一步骤基于步骤S40的检查结果。如果确定发动机的点火为ON，则在步骤S50执行用主转向设备控制MDPS单元10和EHPS单元20的逻辑。在步骤S50的执行逻辑表示燃油效率提高逻辑，燃油效率提高逻辑包括在上一部分中所描述且在图3和图4中所示的混合MDPS控制逻辑和/或混合EHPS控制逻辑。 [0106] 同时，步骤S60是检查在步骤S50执行燃油效率提高逻辑期间对应于驾驶员的转向的转向能力是否不足的步骤，并且连续或重复执行该步骤。在这种情况下，通过EHPS单元20的转向能力来确定转向能力的不足状态，更具体地，通过EHPS单元20的泵22的rpm来检查或基于EHPS单元20的泵22的rpm来确定。 [0107] 泵22的能力通过方程式“泵22的最大流速(flow rate)×0.9 [0108] 作为步骤S50的检查结果，如果确定EHPS单元20的转向能力不足，在步骤S70再次检查驾驶员所需的目标转向。这里，驾驶员所需的目标转向为转向角速度目标值，并且转向角速度目标值根据由扭矩传感器14所提供的检测值所计算的转向角速度绝对值来确定。 [0109] 例如，如果“转向角速度目标值>转向角速度绝对值(约450度/秒)”，则EHPS单元20的转向能力不足；如果“转向角速度目标值＜转向角速度绝对值(约450度/秒)”，则EHPS单元20的转向能力足够。 [0110] 如果确定EHPS单元20的转向能力不足，则应当执行追赶(catch-up)，而如果确定EHPS单元20的转向能力足够，则不应当执行追赶。 [0111] 基于步骤S70的检查结果，如果由于小的转向角速度确定EHPS单元20的转向能力足够，则返回步骤S50并连续或重复执行用主转向设备控制MDPS单元10和EHPS单元20的燃油效率提高逻辑。 [0112] 根据这种控制状态的转向系统在图7中被表示为在正常时间(a)的操作。因此，如图7所示，转换阀200是关闭的或不工作的，该转换阀200安装于通过连接EHPS单元20的通道和辅助的EHPS单元100的通道而通往液压缸5的连接通道处。因此，在齿轮箱4处产生的输出扭矩Tp仅通过“MDPS单元10的电机转向扭矩Tm+EHPS单元20的液压转向力”形成。 [0113] 另一方面，基于步骤S70的检查结果，如果由于大的转向角速度确定EHPS单元20的转向能力不足，则进入步骤S80并执行追赶逻辑。 [0114] 根据这种控制状态的转向系统在图7中被表示为在追赶时间(b)的操作。因此，如图7所示，转换阀200是打开的或工作的，该转换阀200安装于通过连接EHPS单元20的通道和辅助的EHPS单元100的通道而通往液压缸5的连接通道处。 [0115] 由于转换阀200的操作，EHPS单元20的通道和辅助的EHPS单元100的通道与通往液压阀的连接通道相连。因此，液压缸5被供应有由EHPS单元20所提供的液压和由辅助的EHPS单元100所提供的液压。 [0116] 从而，通过由EHPS单元20所提供的液压Pa和由辅助的EHPS单元100所提供的液压Pb来增加施加于液压缸5的压力P。因此，通过“压力(Pa+Pb)×面积(A)”来增加施加于活塞杆的移动力。 [0117] 因此，在滚珠螺母式齿轮箱4处所产生的输出扭矩Tpa通过将MDPS单元10的电机转向扭矩Tm、EHPS单元20的液压转向力、以及辅助的EHPS单元100的液压转向力相加形成(即，“MDPS单元的电机转向扭矩Tm+EHPS单元的液压转向力+辅助的EHPS单元的液压转向力”)。这样，当进一步需要转向能力时，可利用辅助的EHPS单元100的液压来立即实现追赶性能。 [0118] 如上所述，用于商用车的示例性混合电机驱动动力转向系统包括：MDPS单元10，根据传动转向扭矩产生电机输出扭矩；EHPS单元20，鉴于MDPS单元10的电机输出扭矩产生液压输出扭矩；滚珠螺母式齿轮箱4，在被输入传动转向扭矩、电机输出扭矩、以及液压输出扭矩之后产生操作通往左轮和右轮9a和9b的横拉杆8的输出扭矩Tp；两个扭力杆31和32，通过在至少两个不同位置检测通过滚珠螺母式齿轮箱4传输至转向柱2的路面反作用力来限制接合部3的相应区域处的扭矩波动率。因此，可能提供中型和大型商用车和小尺寸车辆所需的转向能力。此外，可能通过两个扭力杆31和32避免在连接MDPS安装部分和EHPS安装部分的接合部(万向节)3的相应的区域处所产生的扭矩波动率。而且，可能利用辅助的EHPS单元100大大提高追赶性能。 [0119] 根据本发明的多个实施例，可能利用用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，该系统能够通过构造由主转向控制设备控制的MDPS单元和EHPS单元来提供中型和大型商用车所需的转向能力，从而能够大大的增加小型车辆以及甚至中型和大型商用车的燃油效率。 [0120] 而且，根据本发明的多个实施例，可能提供用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，该系统能够提高小型车辆以及甚至中型和大型商用车的燃油效率，以及还能够通过构造由主转向控制设备控制的滚珠螺母式齿轮箱以及MDPS单元和EHPS单元容易地应用于特别是诸如防弹车之类的重量高的需要高转向能力的客运车辆。 [0121] 此外，根据本发明的多个实施例，可能提供用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，该系统能够通过构造由主转向控制设备控制的MDPS单元和EHPS单元和安装两个扭力杆来加强燃油效率的提高，以及能够避免连接MDPS安装部分和EHPS安装部分的转向柱的接合部(万向节)区域处所产生的扭矩波动率，从而实现在其中精确反映路面反作用力的转向控制。 [0122] 而且，根据本发明的多个实施例，可能提供用于商用车的混合电机驱动动力转向系统，该系统能够通过使用两个扭力杆实现在其中精确反映在转向柱的接合部(万向节)区域处的路面反作用力而不产生扭矩波动率的转向控制来增强商用车的性能和提高燃油效率。 [0123] 而且，根据本发明的多个实施例，可能在高速行驶期间实现抵消诸如拉、摆动和抖动之类的反向输入的鲁棒控制以及在低速行驶期间通过增强中心区感觉和稳定性来进一步提高转向控制性能，从而大大增加用于商用车的混合电机驱动动力转向系统的燃油效率和性能的提高。 [0124] 而且，根据本发明的多个实施例，可能双重构造通过主转向控制设备控制的MDPS单元和EHPS单元以及可能进一步增加辅助的EHPS单元，从而利用辅助的EHPS单元也对应于特别是大型商用车的需求并且大大提高了追赶性能。 [0125] 本发明的特定示例性实施例的上述描述是为了说明和描述而给出。它们不旨在穷举或将本发明限制于所描述的精确形式，而且鉴于以上教导，许多修改和变化显然是可能的。选择和描述示例性实施例以说明本发明的某些原理和它们的实际应用，由此使本领域普通技术人员能作出和利用本发明的各个示例性实施例及其替代方案或修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等价技术方案限定。 |
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